牛HSPA6蛋白特性分析及蛋白互作网络构建

通过构建牛热休克蛋白A6(heat shock protein A6,HSPA6)序列与其他生物的系统进化树,以及运用生物信息学方法分析牛HSPA6蛋白的基本理化性质、亲疏水性等,并结合蛋白互作网络,探究牛HSPA6基因编码蛋白的结构和功能特性。结果显示,牛HSPA6蛋白与羊、长江江豚等哺乳动物的氨基酸序列相似性较高;牛HSPA6蛋白分子质量为70 570.64 u,理论等电点为5.66,为酸性亲水性蛋白,无跨膜结构和信号肽;可能存在11个得分>0.900的磷酸化位点,与N-糖基化激活位点可能位于后端碱基;牛HSPA6蛋白是一种主要由40.38%的α-螺旋和33.65%的无规卷曲组成的二级结构相对稳定的蛋白质,包含N-端核苷酸结合域和C-端多肽结合域两个主要的结构域,主要在细胞质中发挥作用;蛋白质互作网络构建结果显示,牛HSPA6蛋白主要与BAG1、DNAJA4、DNAJB1、DNAJC2等蛋白发生互作,参与腺苷酸交换因子活性、ATP酶调节活性、伴侣绑定等,表明牛HSPA6蛋白在牛机体能量代谢等过程中发挥潜在生物学功能。这些多重生物信息学分析为深入探讨牛HSPA6蛋白对肉品质的影响机制提供了理论依据。

长江上游高坝大库垂向微生物结构及其网络互作

长江上游一系列高坝大库导致水体光、温、氧等呈现特有的垂向分层特征,导致垂向微食物网结构发生变化。本文选取长江上游典型高坝大库溪洛渡、向家坝、三峡大坝坝前垂向生境为研究对象,于2019年从坝前垂向采集了5个不同深度水层的水样,开展了坝前垂向生境特性和微生物群落结构的调查研究。研究发现,7月溪洛渡坝前垂向从90到140m,溶解氧浓度先降低后增加。溪洛渡水库5月在距水体表层40~60m处发生温跃,7月在距水体表层80~120m处发生温跃。向家坝水库5月在水层底部附近出现温跃。不同深度水层物种组成种类和丰度无显著差异,但香农多样性存在差异,并且从表层到底层,香农指数先降低后增加。蓝藻丰度在不同水深差异显著。共现网络分析表明,不同深度水层微生物间的相互作用以正相互作用为主;第二层水层水样微生物群落具有最高的模块化程度,比其他水深处的共发生网络具有更高的复杂度;藻类在微食物网中具有重要作用:藻类与细菌、藻类与原生动物、细菌与原生动物的互作是水生生态系统微食物网之间的主要互作类型,占物种间总互作的81.50%。研究结果表明,坝前垂向不同深度水层微食物网结构和物种间的相互作用在温度、溶解氧浓度等环境因子的作用下存在差异。

昆虫携带花粉网络的构建及其与植物-传粉者互作网络的关系

昆虫的访问不等同于授粉,了解植物与传粉者之间的真实相互作用关系是构建传粉网络的关键步骤。本文阐述了昆虫携带花粉网络构建的关键因素和方法,分析了昆虫携带花粉网络与植物-传粉者互作网络的利弊以及二者之间的关系,以期两种网络可以相互补充,从而可以更好地了解植物与传粉者的相互作用关系以及群落物种多样性的形成和维持机制。

深度学习在基于序列的蛋白质互作预测中的应用进展

蛋白质-蛋白质相互作用在细胞信号转导、基因表达和代谢调控等生物过程中发挥重要作用,鉴定蛋白质间的相互作用对于理解复杂生物过程至关重要。预测蛋白质间的相互作用可以为药物发现、蛋白质功能研究和设计等领域提供帮助。近年来,随着人工智能技术的蓬勃发展,深度学习技术在预测蛋白质互作领域做出巨大贡献,其中基于序列的深度学习模型通过学习蛋白质序列信息的深层特征进行互作预测。本文综述了深度学习在基于序列的蛋白质互作预测中的应用,按照算法框架和时间线对该领域进展进行分类归纳,介绍了数据处理、序列编码方法、算法架构以及模型的评估指标等内容,并分析了当前面临的问题以及未来的发展方向。随着深度学习技术的发展,预测蛋白质互作的效率大幅提高,未来需要发展泛化能力更强的预测模型,助力蛋白质互作的预测。

基于网络药理学探讨桂枝茯苓丸治疗急性脑梗死的作用机制及体内验证

目的基于网络药理学的研究方法探讨桂枝茯苓丸治疗急性脑梗死的作用机制。方法在中药系统药理数据库及分析平台(TCMSP)数据库中收集桂枝茯苓丸的主要活性成分,设置口服利用度(OB)≥30%,类药性(DL)≥0.18为筛选条件;使用GeneCards、OMIM、DrugBank数据库收集急性脑梗死的作用靶点,获得桂枝茯苓丸与疾病的交集靶点,绘制交集韦恩图;利用BisoGenet构建PPI网络,通过Cytoscape提取核心靶点;获取关键靶点蛋白后利用Metascape进行GO功能及KEGG通路富集分析。结果利用TCMSP检索共获得桂枝茯苓丸有效成分65个,主要为槲皮素、β-谷甾醇、齿孔酸、猪苓酸C、白花素等;筛选出桂枝茯苓丸治疗急性脑梗死的关键靶点135个,包括TP53、MCM2、UBC等;涉及细胞周期信号通路、泛素介导的蛋白降解信号通路、PI3K-Akt信号通路等119条相关信号通路;分子对接结果显示多个化合物与蛋白的结合能≤8 kJ/moL;实验组的tp53、UBC基因表达量较模型组的低,PI3K、P-Akt蛋白表达量较模型组的高(P<0.05)。结论桂枝茯苓丸治疗急性脑梗死具有多通路、多靶点的特点,为今后研究桂枝茯苓丸治疗急性脑梗死的机制提供了科学的理论依据及研究思路。

槲皮素抗氧化作用的网络药理学研究

试验旨在基于网络药理学方法探讨槲皮素(quercetin)抗氧化(antioxidant)的作用机制,为进一步研究槲皮素在蛋鸡抗氧化方面的作用提供参考。在Herb2.0数据库中寻找槲皮素的有效成分和靶点,在Genecards数据库中寻找抗氧化靶点和靶蛋白互作网络(PPI),运用Metascape平台进行靶点GO功能富集和KEGG信号通路富集。结果显示,发掘槲皮素与抗氧化共同靶点122个,包括32个关键靶点,如CCND1、MAPK3、CASP3、HIF1A和VEGFA等。GO富集分析中基因的生物学过程(BP)有5022条、分子功能(MF)有675个、细胞组成(CC)有421条;KEGG富集分析结果有250条通路。研究表明,槲皮素主要通过调节癌症相关通路、高级糖基化终末产物-受体(AGE-RAGE)信号通路、血脂和动脉粥样硬化等通路发挥抗氧化作用。

基于网络药理学探究五汁饮对2型糖尿病的治疗作用

目的:运用网络药理学方法探究五汁饮治疗2型糖尿病(T2DM)作用靶点及机制。方法:通过文献检索和中药药理学系统分析平台(TCMSP)筛选五汁饮主要活性成分,利用SwissTargetPrediction数据库预测成分的潜在靶点,采用Therapeutic Target Database(TTD)、DrugBank、DISGENET、Comparative Toxicogenomics Database数据库筛选T2DM疾病相关靶点。利用STRING数据库筛选出置信度最高(得分>0.900)的靶点并通过Cytoscape 3.7.1软件建立蛋白-蛋白互作网络图。利用DAVID数据库对潜在靶点进行GO(gene ontology)富集分析及KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)通路分析。结果:筛选出五汁饮活性成分15种及成分相关靶点182个,其中SRC、HSP90AA1、AKT1、JAK2、CDK1可能是五汁饮发挥效应的关键靶点;GO分析条目主要涉及促进细胞增殖、调控多条通路的激酶活性、调节脂质代谢等;涉及KEGG通路共计156条,主要包括调节AGE-RAGE信号通路、脂质与动脉粥样硬化、内分泌抵抗等。结论:五汁饮可能通过多种活性成分介导多靶点、多通路发挥治疗T2DM的作用。

拟南芥与叶际微生物组的互作遗传机制——基于网络作图理论

叶际微生物组对植物的生长发育至关重要,但植物与其定殖微生物组相互作用机制尚不明确。目前植物与微生物互作研究多集中于根际微生物组,对叶际微生物组的研究较少,且这些研究未能从微生物互作的角度探究植物与微生物的相互作用机理。基于网络作图理论,将拟南芥基因组SNP(Single Nucleotide Polymorphisms)分子标记数据与微生物组网络特征值相关联,挖掘影响叶际微生物组网络结构的枢纽基因,以探究拟南芥塑造叶际微生物组网络结构的遗传机制。通过对188株拟南芥及其叶际微生物组数据的分析,识别出四种关系下的中心节点微生物,筛选到622个显著SNP位点。进一步构建了贝叶斯遗传网络,获得26个枢纽基因,这些基因可能参与了植物抗病、激素分泌和生长发育相关的分子途径。本研究从全基因组角度探究植物调控自身微生物组的遗传机制,揭示植物与微生物组如何互作促进植物健康,将为精准分子育种提供理论基础和遗传资源,并为合成菌群用于创制新型菌剂提供数据支持,具有重要的科学意义和应用价值。

中华绒螯蟹代谢蛋白互作网络构建及分子功能、亚细胞定位和途径分析

为了构建中华绒螯蟹代谢过程研究的系统工具,实验在已经构建的中华绒螯蟹蛋白互作网络的基础上,首先采用邻接节点注释法对未知蛋白的分子功能进行预测。随后采用GO回溯法,构建了代谢蛋白网络并对网络中蛋白分子功能、亚细胞定位和途径分布进行了分析。分子功能注释中,确定了932个蛋白的分子功能,占所有未知分子功能蛋白的97%。最终构建的代谢蛋白互作网络包含2045个蛋白及这些蛋白之间的15927条互作关系。网络中94.2%(1926/2045)的蛋白具有亚细胞定位信息,大多分布于有膜细胞器中;96.1%的蛋白(1966/2045)具有分子功能信息,大多具有催化活性和结合活性。进一步对确定了分子功能和亚细胞定位的蛋白在40个KEGG子系统中的分布进行分析,发现参与翻译和氨基酸代谢过程的蛋白较多,也有一部分参与免疫和运输过程。本实验结果可为中华绒螯蟹代谢相关的蛋白功能、定位的研究提供重要的数据参考,对系统研究中华绒螯蟹代谢过程及代谢相关疾病具有重要价值。

北京鸭龙骨长性状的全基因组互作分析

研究旨在分析北京鸭龙骨长(Keel bone length,KBL)性状在全基因组水平上多态位点间的相互作用,包括542只北京鸭和60238个SNP位点。REML方法估计龙骨长遗传力为0.56,为中等遗传力性状。全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)共检测到基因组水平上显著的28个SNP位点(P<8.30×10^(-7)),其中11个位于CLEC16A、GPATCH1和CLCA2基因上,8个位于LOC101792208、DCLK3和ADRA1B基因上下游20 kb区间内。全基因组互作进一步分析,共检测到具有显著互作效应的1644对SNP位点(P<5.51×10^(-13)),分别为36对加性×加性、57对显性×加性和1551对显性×显性上位效应。最显著的上位效应为1号(Chr1.49519635_A.G)和9号染色体(Chr9.7036234_A.G)上SNP间显性互作(P=2.05×10^(-18))。通过构建影响龙骨长性状的成对SNP互作网络,发现其中有15个SNP节点的度大于15,网络中心节点Chr27.1210834_C.T、Chr2.86757383_C.G和Chr3.23516978_A.G的度分别为211、145和102。对网络中SNP节点邻近基因进行功能富集注释,共得到16条显著信号通路,其中包括可能同龙骨长性状相关的Wnt、Notch、MAPK和钙信号通路(P<0.05)。研究利用GWAS和全基因组互作分析,有助于深入理解北京鸭龙骨长性状复杂遗传机制,为北京鸭龙骨长性状遗传基础和分子机制研究提供新思路,为北京鸭育种选择和改良提供重要参考依据。

人类蛋白质结构互作网络--结构域对网络拓扑与蛋白质功能的影响

高通量的蛋白质互作数据与结构域互作数据的出现,使得在蛋白质组学领域内研究人类蛋白质结构互作网络,进一步揭示蛋白质结构与功能间的潜在关系成为可能.蛋白质上广泛分布的结构域被认为是蛋白质结构、功能以及进化的基本功能单元.然而,结合蛋白质的结构信息(例如蛋白质结构域数目、长度和覆盖率等)来研究这些表象后的内部机制仍然面临着挑战.将蛋白质分为单结构域蛋白质与多结构域蛋白质,并进一步结合蛋白质互作信息与结构域互作信息构建了人类蛋白质结构互作网络;通过与人类蛋白质互作网络进行比较,研究了人类蛋白质结构互作网络的特殊结构特征;对于单结构域蛋白质与多结构域蛋白质,分别进行了功能富集分析、功能离散度分析以及功能一致性分析等.结果发现,将结构域互作信息综合考虑进来后,人类蛋白质结构互作网络可以提供更多的单纯的蛋白质互作网络无法提供的细节信息,揭示蛋白质互作网络的复杂性.

基于分子互作网络探讨丹蒌片干预PI3K/AKT/NF-κB/TNF通路防治非酒精性脂肪肝病的机制

目的:基于分子互作网络探讨丹蒌片治疗非酒精性脂肪肝病(NAFLD)的潜在分子作用机制。方法:通过TCMSP、PubChem和PharmMapper数据库检索丹蒌片所有活性成分及潜在作用靶点,通过DisGeNET、Gene cards及TTD数据库检索NAFLD的潜在靶点,Uniprot数据库校正去重后上传至Venny2.1软件绘制韦恩图并取其交集。同时利用Cytoscape 3.7.1软件构建药物-活性成分-靶点网络图,DAVID数据库进行GO及KEGG分析,将结果进行可视化处理。取18只C57BL/6J小鼠随机分为正常组、模型组、丹蒌片组进行体内验证,取血清检测血脂水平,Western blot检测TNF通路相关蛋白,ELISA检测TNF-α、IL-6的表达水平。结果:共得到丹蒌片的141个有效活性成分,350个潜在靶点,478个NAFLD相关靶点;Venny2.1软件筛选出丹蒌片干预NAFLD的共有靶标蛋白115个,根据P≤0.01的GO注释分析得到335个BP信息,47个MF信息,32个CC信息,93个KEGG信号通路,主要涉及炎症反应、胆固醇代谢过程、胰岛素刺激的细胞反应、TNF信号通路等;体内结果表明,与对照组相比,模型组小鼠血清LDL-C、TG和TC水平明显升高,HDL-C水平降低(P<0.05);炎症通路蛋白PI3K、p-AKT、p-IκBa蛋白表达水平降低,TRAF2、p-IKKs、NF-κB蛋白表达水平升高(P<0.05);炎症因子TNF-α、IL-6水平显著升高(P<0.05);丹蒌片治疗后,模型组小鼠血清LDL-C、TG和TC水平明显降低,HDL-C水平升高(P<0.05);炎症通路蛋白PI3K、p-AKT、p-IκBa蛋白表达水平升高,TRAF2、p-IKKs、NF-κB蛋白表达水平降低(P<0.05);炎症因子TNF-α、IL-6水平显著降低(P<0.05)。结论:丹蒌片通过多靶点协助调控氧化应激、炎症反应、脂质代谢等多条信号通路共同发挥调控作用治疗NAFLD,进一步研究发现炎症反应促进NAFLD的发生发展,为丹蒌片的临床应用及NAFLD的临床研究提供一定的参考价值。

浸润性膀胱癌差异基因的互作网络分析及验证研究

目的采用蛋白互作网络分析研究表达谱基因芯片数据,构建浸润性膀胱癌基因互作网络图并对筛选出的网络中心节点进行实验验证。方法将表达谱芯片筛选到的浸润性膀胱癌152个共同差异表达基因,导入STRING在线数据库进行分析,绘制差异基因互作网络图,并将互作网络数据导出到Cytoscape2.6.2软件中,筛选出网络中心节点。采用KEGG数据库等进行信号通路分类及基因功能研究,进而采用实时定量RT-PCR对其基因表达进行验证,筛选出基因表达在膀胱癌组与正常膀胱粘膜组差异最大的基因,并对浸润性膀胱癌发生的分子机制进行初步探讨。结果共有103个膀胱癌共同差异表达基因编码的蛋白经STRING筛选存在相互作用,并构成一个复杂的互作网络图;Cytoscape共筛选出26个网络中心节点,广泛参与肿瘤发生的多条信号通路;实时定量RT-PCR结果表明UBE2C、VEGF、TGFBR2、CAV1四个基因表达量在膀胱癌组与正常膀胱粘膜组的差异最大,分别为9.45、4.17、0.13、0.18倍(以GAPHD作为内参,计算2-△△Ct),与芯片检测结果的趋势一致。结论本研究构建出的浸润性膀胱癌差异基因互作网络图,尤其是其中的网络中心节点基因,对于浸润性膀胱癌发生分子机制的研究、早期诊断及分子靶向治疗研究具有较好的提示作用。

根据蛋白质互作网络预测乳腺癌相关蛋白质的细致功能

乳腺癌是最为常见的恶性肿瘤之一。已有的关于乳腺癌相关蛋白质的功能注释比较宽泛,制约了乳腺癌的后续研究工作。对于已知部分功能的乳腺癌相关蛋白质,提出了一种结合Gene Ontology功能先验知识和蛋白质互作的方法,通过构建功能特异的局部相互作用网络来预测乳腺癌相关蛋白质的细致功能。结果显示该方法能够以很高的精确率为乳腺癌相关蛋白质预测更为精细的功能。预测的相关蛋白质的功能对于指导实验研究乳腺癌的分子机制具有重要的价值。

基于蛋白互作网络解析甘薯渣中去氢表雄酮的生物作用机制

为探究甘薯渣中主要活性成分之一去氢表雄酮(DHEA)在分子水平上的作用机制,以DHEA为研究对象,通过Stitch和ChEMBL网络数据库检索获得DHEA的作用靶点及蛋白互作信息,利用分子复合物检测算法(MCODE)对网络进行模块分析及功能注释。结果表明:DHEA的作用靶点与各种癌症和神经系统疾病相关,主要参与G蛋白偶联受体蛋白信号通路、碱基切除修复、细胞生物胺代谢和组蛋白甲基化正调控等生物过程。这一研究从分子网络水平解析了DHEA的作用机制,为开展DHEA功能活性研究提供了新的途径。

人类蛋白质互作网络hub蛋白与其结构域关联分析

hub蛋白质作为参与较多互作的"中心蛋白",在实现蛋白质功能和生命活动中发挥着关键作用.而结构域作为蛋白质上的基本功能区域,决定着蛋白质功能及蛋白质互作的情况.互作网络中hub蛋白质和结构域对于蛋白质功能的实现均起到决定性的作用.对蛋白质互作与结构域的关系分析表明,蛋白质互作与结构域之间存在着密切的联系.对人类蛋白质互作网络中的hub蛋白与结构域进行关联分析,探讨hub蛋白及其互作partner与结构域数目之间的关系,并通过hub蛋白质之间的互作对相应结构域的关系进行进一步的论证.

ALV-J感染鸡骨髓细胞瘤中差异基因编码蛋白的互作网络分析

禽白血病病毒感染后可以引起宿主发生肿瘤.研究肿瘤组织中差异表达基因编码蛋白的相互作用,对理解禽白血病病毒的致病机制具有重要意义.基于文献中J亚群禽白血病病毒感染鸡骨髓瘤组织中差异表达基因编码蛋白进行了网络互作在线分析.结果表明:差异表达基因编码蛋白之间存在着复杂的相互作用,其中SRC网络、FYN网络、MYC网络和ERBB4网络对J亚群禽白血病病毒的致瘤机制可能具有重要作用.

基于网络药理学探讨黄芪在脑缺血/再灌注损伤中的作用机制

目的基于网络药理学探讨黄芪在脑缺血/再灌注损伤(CIRI)中的作用机制。方法利用中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)筛选黄芪的有效活性成分,并预测其对应的基因靶点;通过运用GEO数据库分析数据集GSE106680,并结合R语言分析出脑缺血/再灌注后差异性基因;通过Venny在线工具绘制Venn图,获得黄芪与CIRI共同的作用靶点基因;采用R语言进行GO和KEGG富集分析,筛选出黄芪主要作用途径和信号通路;通过STRING制作“黄芪有效活性成分-CIRI靶点”的蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络图谱,并使用Cytoscape软件将相关结果进行可视化处理,最终将筛选出的重要活性成分与疾病靶点进行分子对接预测。结果通过TCMSP共筛选得到黄芪活性成分20种,对应的相应靶基因共412个;利用GEO数据库分析得出CIRI后差异性基因共3713个,其中上调基因2293个,下调基因1420个;通过分析疾病差异基因与药物靶基因,共获得交集基因62个。将交集基因运用GO和KEGG富集分析后发现,黄芪干预CIRI的生物过程包括细胞对缺氧的反应、炎症反应等;细胞组分包括膜筏、膜微结构域等;分子功能包括细胞因子活性、G蛋白偶联受体活性等。黄芪对CIRI的治疗作用可能通过AGE-RAGE信号通路、NF-κB信号通路等途径实现。分子对接结果显示,黄芪中的关键组分与靶基因Prkcb、Ikbkb、Gsk3b、Fos和Rela具有良好的结合潜力。结论黄芪通过多靶点、多通路发挥抗CIRI的作用,其机制可能与抗炎及改善细胞缺氧微环境等有关。

牛支原体蛋白-蛋白相互作用网络的构建

病原菌的相互作用组学研究是揭示潜在信号转导通路和新型药物靶标的有力工具。通过同源蛋白映射的方法构建了牛支原体的蛋白-蛋白相互作用网络,所构建的互作网络包含138个蛋白和693个相互作用关系。通过蛋白的互作频率分析,确定了在牛支原体中互作频率最高的20个蛋白,这些蛋白主要与转录、翻译、分子伴侣等功能相关。进一步分析发现,伴侣蛋白DnaK和ClpB发生互作的频率较高,能与核糖体蛋白、代谢相关蛋白等多种功能蛋白发生相互作用。结果提示,若DnaK和ClpB的功能受到抑制,将会对牛支原体的正常生命活动造成较大的影响。

小鼠急性未分型流感嗜血杆菌中耳炎差异基因的互作网络特征分析

目的利用基因表达数据库(GEO)查找小鼠中耳炎表达谱基因芯片原始数据,建立中耳炎基因互作网络图。方法从公共数据库GEO中下载小鼠中耳炎相关数据集,采用Affymetrix Expression Console软件和Tran-scriptome Analysis Console(TAC)软件筛选差异表达基因,将差异基因导入STRING在线数据库进行分析,绘制差异基因互作网络图,并将互作网络数据导入Cytoscape 3.4.0软件中,筛选网络中心节点,并取其中相对独立、作用较为集中且与炎症基因相关子网络,采用David在线工具对其进行功能注释富集分析。结果共筛选出1166个差异表达基因,其中表达上调793个,表达下调373个,经STRING在线工具筛选后共有459个小鼠中耳炎差异基因编码的蛋白存在相互作用,并得到相应蛋白互作网络,分析其中与炎症相关子网络。结论本研究利用生物信息学技术构建了中耳炎差异基因互作网络,其中的网络中心节点基因,对于中耳炎分子机制研究及靶向治疗具有指导作用。